BH-KHJ卡簧機的改進設計及應用

摘要：本文針對BH-KHJ卡簧機裝配過程中劃傷活塞銷孔問題，分析了其失效原因，介紹了其改進設計方案，并對其進行了驗證應用，具有一定的參考價值。

Abstract： The article is in light of BH-KHJ circlips machine assembling course during which scratching the piston pin bore to analyze the failure reason. It introduced the improvement design proposal and validated the application， which has some certain of reference value.

關鍵詞：活塞;卡簧機;改進設計

Key words： piston;circlips assembling machine;improvement design

0 ?引言

BH-KHJ為我公司自主研制的半自動裝卡簧機，BH-KHJ為卡簧機的型號，該類型卡簧機主要用于轎車活塞卡簧的裝配。隨著國內外客戶對裝配要求的不斷提升，對裝配后的活塞外觀及清潔度要求越來越嚴格，近期有顧客反饋，部分活塞銷孔外側有劃傷現象，產品外觀不滿足要求，如圖1所示。

1 ?失效原因分析

1.1 卡簧機的裝配原理

如圖2所示，BH-KHJ卡簧機共有五個氣缸，其基本原理如下：首先將活塞卡簧套在卡簧立柱上面，左側氣缸推動定位桿用于活塞的軸向及徑向定位;右方小氣缸推動卡簧前進到適合的位置，被磁鐵吸住;然后由一旋轉氣缸使卡簧實現90°翻轉，并至于適合的位置;最后上方的氣缸推動壓板壓縮卡簧至適合的尺寸（一般壓縮至比活塞銷孔大1mm左右）;右側大氣缸以一定的推力及速度推動推桿將卡簧推至壓縮套里進行進一步壓縮（一般通過壓縮套最終壓縮至比活塞銷孔小0.2mm左右）。當卡簧運行到活塞擋圈槽部位時，卡簧因彈力膨脹卡在擋圈槽里，從而完成裝配。

1.2 失效原因分析

BH-KHJ卡簧機一直以來都采用將壓縮后的卡簧以平推的方式進行裝配，所以與卡簧接觸的推桿端面是一平面，如圖3所示，當壓縮后的卡簧移至活塞銷孔外口位置處，由于部分卡簧開口處倒角非常尖銳，卡簧壓縮產生的彈力過大，在接觸銷孔內壁的瞬間彈開會造成劃傷活塞銷孔的外口處孔壁。

2 ?卡簧機的改進設計

2.1 第一種改進方案

我們首先考慮卡簧劃傷銷孔是因為沒有保護措施導致的，由于壓縮套僅能到達銷孔外端面，卡簧從壓縮套出來，到達擋圈槽的過程中能夠接觸到活塞銷孔外口處孔壁，劃傷銷孔。如果卡簧在完成裝配前的過程中一直在壓縮套中運行，就不會劃傷活塞銷孔外口處孔壁。這個思路比較理想，理論上也可以進行防護。但是經過分析，卡簧壓縮后外徑與銷孔內徑相差非常小，兩者僅相差0.2mm，這個時候卡簧壓縮已經接近極限，沒有繼續再進行壓縮的空間了，如果需要壓縮套伸進活塞銷孔，那么在進入銷孔后的壁厚就變得非常薄，即小于0.1mm，經過分析調研，最終我們選用了單側保護的措施，就是將壓縮套一半伸入活塞銷孔，即只保護卡簧開口處的活塞銷孔壁，其設計如圖4所示。

該種壓縮套采用的材料為：Cr12MoV，調質處理至HRC25～30。深入銷孔處的壁厚為0.09mm。經過試驗，能夠有效的避免活塞銷孔外口處孔壁劃傷，但是使用壽命太低，在裝了8只卡簧后，壓縮套保護壁處就發生了變形，無法繼續使用。我們考慮采用一種韌性好，硬度高的壓縮套替代材料，但一直沒有找到，此方案宣告失敗。

2.2 第二種改進方案

為了避免卡簧與活塞銷孔接觸，我們考慮在卡簧壓縮后，用定位桿和推桿將卡簧包住，然后進行夾緊，卡簧在夾緊的狀態下運行到活塞擋圈槽處，然后進行裝配，這種方案（本文第一作者作為第一發明人已經申報了實用新型專利ZL 2016 2 1154284.0）如圖5所示，其中1為定位桿，2為推桿，3為卡簧。這種裝配夾具有效避免了卡簧在裝配過程中與活塞銷孔的接觸。

該夾具定位桿和推桿均采用GCr15的材料加工，與擋圈接觸部位采用電火花加工。定位桿和推桿頭部直徑比活塞銷孔直徑小0.15mm。圖6為圖5的I處局部放大圖，其中H1和H2高度均為0.10～0.15mm，R1處半徑和R2處半徑都等于活塞卡簧半徑，以便與活塞卡簧完好的貼合。

其工作原理如下：卡簧經壓縮后由推桿推進至壓縮套，定位桿對活塞進行定位后，繼續前行至壓縮套內，與卡簧接觸，并與推桿一起將卡簧包住，推動推桿的氣缸壓力要大于定位桿的氣缸壓力，通過推桿推動定位桿，實現定位桿的被迫后退并對卡簧形成夾緊。通過限位使推桿推動卡簧恰好運行到活塞擋圈槽外側，這時定位桿松開，卡簧因彈力膨脹恰好裝在擋圈槽里。

3 ?使用效果驗證

BH-KHJ經過改進設計后，我公司使用了兩年多的時間，累計裝配了十余種轎車活塞，并且沒有發現任何劃傷活塞銷孔的不合格現象，也沒有顧客的任何負面反饋信息，裝配效率跟之前相比基本持平，改進后的裝配產品，如圖7所示，經驗證使用效果非常好。

4 ?結語

①本文第一種改進方案，目前沒有找到合適的壓縮套替代材料，如果材料能滿足要求，也能有效避免活塞銷孔的劃傷，不過材料的使用壽命及成本也需要考慮。

②本文第二種改進方案，思路新穎，設計巧妙，經過實際應用驗證，使用效果比較理想，值得同行業借鑒和使用。

參考文獻：

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[2]吳宗澤.機械設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2002.